电源提示：为隔离式转换器实现平滑软启动的简单电路

大多数 DC/DC 转换器需要一个软启动电路来限制启动时的浪涌电流。尽管具有上电复位 (POR) 功能的系统需要平滑软启动，但对于初级侧带有控制器且占空比或电流有限的隔离式转换器来说，这很困难。

电子系统中使用了许多Buck降压型变换器，这些变换器集成芯片中，有些使用了外部软起动管脚来设定软起动时间，而有些内部集成的数字或模拟的定时器固定了软起动时间以减小外部管脚的分配降低芯片成本。在一些实际的应用中发现，有外部软起动管脚的芯片有时因为内部软起动电容的放电电路不能及时将软起动电容的电荷放掉，导致系统重起时过流保护电路工作并闭锁，系统不能正常工作；那些具有固定的软起动时间的芯片有时却不能满足一些应用的要求。

图 1 显示了从初级侧进行占空比软启动的正向转换器的软启动。转换器的稳态输出为 12V。在 10V（系统的 POR 阈值）下施加 50% 的负载电流。一旦施加负载，输出就会下降并触发系统关闭，从而导致系统电源循环数次。软启动结束时，输出超调10%，这是不可取的。

图 1：启动期间正激转换器的输出，负载为 10V

在这篇文章中，我将使用一个简单的电路来实现隔离式转换器的平滑软启动。该电路应用于以LM5025为控制器的有源钳位正激变换器。图 2 显示了次级侧软启动的概念。

图 2：隔离式转换器的次级侧软启动电路

当第一次施加输入时，转换器输出 (V OUT ) 开始上升。电容器 (C SS ) 正在充电。C SS充电电流 (I SS ) 流过电阻器 (R SS )。当 I SS为高时，则 V BE(on) /R SS。Q SS打开并开始从次级侧补偿节点 (SEC COMP) 汲取电流，从而降低占空比。在软启动期间，误差放大器饱和，软启动电路在反馈回路中占主导地位。转换器, C SS , R SS , Q SS和光耦形成一个闭环。当输出上升到稳压时，误差放大器开始稳压并且 I SS减小。Q SS关闭。

公式 1 显示了从 V OUT到光耦合器电流的传递函数：

虽然有效，但这个简单的电路可能不稳定，因为 Q SS前向增益 (β) 很高，并且在不同部分之间变化很大。为了稳定该电路，在 Q SS的发射极和地之间插入一个增益降低电阻器 (R E ) ，如图 3 所示。增加 R E可以降低启动期间的反馈环路增益。

图 3：添加 R E以稳定软启动电路

公式 2 显示了软启动电路传递函数与 R E：

在高频下，使用公式 3 作为公式 2 的近似值：

我将软启动电路添加到具有以下参数的转换器中：

· C SS = 0.1µF。

· R SS = 100kΩ。

· R E = 1.18kΩ。

图 4 显示了具有这些电路参数的软启动波形。当系统开始汲取电流时，软启动电路停止从 COMP 汲取电流，占空比迅速增加。在负载瞬变引起轻微下降后，转换器继续软启动。

图4：图3所示软启动电路的软启动波形

图 4 还显示，在施加负载后，转换器开关节点 (VSW) 具有额外的电压尖峰。图 5 显示了放大的波形。很明显，系统的振荡频率为 9.5kHz。

图 5：带软启动电路的放大软启动波形

本设计中的控制器是电压模式控制器。由于双极，功率级具有 180 度的相位下降。需要加一个零来提高稳定性；您可以通过添加一个与 R E并联的电容器 (C E ) 来实现。为了将相位裕度增加 45 度，我在 9.5kHz（测量的振荡频率）处设置了一个零。当 R E = 1.18kΩ 时，我添加了一个 15nF 电容器。

图 6：具有更高稳定性的软启动电路

图 7 显示了 C E = 15nF 时的启动波形。振荡被消除。总软启动时间为 50ms。

图 7：C E = 15nF 时的软启动波形

在软启动期间，典型的光耦合器二极管电流 (I opto_D ) 为1.2mA至 0.8mA。这是由 LM5025 和光耦合器正向增益决定的。当 R E = 1.18kΩ 时，R SS两端的电压为 V BE(ON) + R E × 0.8mA = 1.644V。VBE(on) = 0.7V。因此，您可以将 I SS计算为 I SS = (V BE(ON) + R E × I opto_D )/R SS。I SS /C SS设置输出 V OUT，dv/dt。为保证副边软启动的有效性，原边软启动也应设置得比副边软启动快得多。

测试结果表明，这种简单的软启动电路可以有效地实现隔离转换器的平滑软启动。